LES TRANSFORMATEURS STATIQUES

L'utilité des hautes tensions a été comprise depuis assez longtemps, mais les anciennes dynamos à courant continu étaient incapables de produire des voltages un peu élevés ; des étincelles aux balais se produisaient rapidement et, par leur dangereuse violence, elles empêchaient d'obtenir de bons résultats.

L'alternateur fournit beaucoup plus aisément des forces électromotrices efflcaces élevées et, grâce à cette propriété, le courant alternatif est né, il y a quelque vingt ans, à la grande vie industrielle. Une grave infirmité aurait cependant ralenti son essor, si le remède ne s'était trouvé à côté du mal : sous un voltage efficace supérieur à 300 volts, le courant alternatif n'est guère utilisable dans là pratique, parce qu'il est très dangereux pour les personnes qui viendraient à approcher des conducteurs qu'il traverse. Dans les circuits d'utilisation il faut donc abaisser le voltage, sans perdre cependant, si faire se peut, de l'énergie et c'est cette transformation que les propriétés même du courant alternatif von* permettre de réaliser avec les appareils

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simples, robustes, n'exigeant aucune surveillance, qu'on appelle les transformatenrs de tension. <

On sait que toute variation de flux magnétique engendre dans un circuit une force électromotrice induite ; dans les machines cette variation est produite par le mouvement relatif d'un inducteur et d'un induit, et Ton recueille de l'énergie électrique correspondant au travail mécanique dépensé dans ce mouvement. Mais, on peut faire varier le flux qui traverse un circuit induit ou secondaire, en faisant simplement changer l'intensité du circuit inducteur ou primaire, les deux circuits restant onlièrcmeut immobiles ; dans ce cas il n'y a aucun travail mécanique dépensé ou produit, de la puissance électrique a été fournie au primaire pour entretenir les variations d'intensité du courant, et l'on retrouve de la puissance électrique dans le secondaire.

Cette transformation s'opérera d'elle-même, et d'une manière continue, si le courant inducteur est un courant alternatif; le courant induit créé par un flux périodique sera également alternatif; inaiiitenant aux bornes du primaire une certaine différence de potentiel efficace, qui entretiendra dans ce circuit une certaine intensité efficace, on recueillera dans le secondaire un autre courant alternatif sous une; autre différence de potentiel efficace. La puissance sera, pour ainsi dire, transportée d'un des bobinages à l'autre et ce transport, qui ne se fera pas cependant sans quelques pertes, pourra rendre les plus grands services, parce que la valeur relative des deux facteurs, diff'érence de potentiel et intensité, dont dépend la puissance aura pu être modifiée,

190 L'ÉLECTnrciTi

le courant dont on disposait d'abord et qui était, par exemple, à haute tension et à basse intensité sera maintenant remplacé par un courant à basse tension et à haute intensité.

Pour augmenter les effets d^induction, il conviendra, bien entendu, d'enrouler les deux bobines sur un môme noyau de fer doux qui, dans la plupart des cas*, constituera un circuit magnétique fermé de façon que la résistance magnétique soit la plus faible possible.

Le noyau sera formé par un empilage de tôles minces, bien séparées les unes des autres par un enduit ou du papier isolant, afin d'éviter, dans la mesure du possible, les courants de Foucault ; il importe que ces tôles soient bien serrées, sans celte précaution le transformateur aurait un inconvénient imprévu, par suite des changements de sens dans les actions électromagnétiques dus aux variations alternatives du courant, Tappàreil ferait entendre des sons riches en harmoniques fort désagréables.

Les enroulements sont des bobines en cuivre; les spires consécutives d'une même bobine doivent êlre très rigoureusement isolées, puisqu'il pourra se produire entre elles des différences de potentiel élevées ; mais il importera encore davantage de bien isoler l'enroulement primaire du secondaire. Le plus souvent les bobinages sont à l'extérieur du noyau de fer ; pour les appareils qui doivent rester cons-

1. On a fait autrefois des transformateur» à circuit couvert, et, dans le cas où le secondaire peut-être mis accidentellement en court-circuit, une telle disposition peut rendre quelqnes services en s'opposant à une augmentation dangereuse du courant.

LE TRANSPORT DE l'ÉNERCIE ÉLECTRIQUE 191

tamment branchés sur la distribution, on utilise cependant une disposition dans laquelle le fer entoure presque complètement le cuivre, ce sont les transformateurs cuirassés.

L'idée si simple et si ingénieuse de la transformation est assez ancienne, on peut la trouver en germe dans les expériences exécutées par le célèbre physicien américain Henry aussitôt après la découverte de Faraday, puis déjà réalisée dans la machine d'induction que construisirent, en 1840, Masson et Breguet et, surtout, dans les célèbres bobines de Page et de Ruhmkorfl^ qui sont de véritables transformateurs à circuit magnétique ouvert, mais c'est Gaulard qui fit entrer le principe dans la grande industrie, il comprit nettement que l'appareil qu'il proposait pourrait, en électricité, jouer un rôle semblable à celui que remplissent, en mécanique, les machines simples, leviers ou poulies qui permettent en effet d'augmenter ou de diminuer à volonté l'un des deux facteurs constitutifs du travail, force ou déplacement, mais ne sauraient changer leur produit. On sait que ce génial inventeur mourut pauvre et méconnu, il n'est malheureusement pas nécessaire de remonter à un lointain passé pour trouver, dans l'histoire des découvertes, des exemples de cruelles injustices, puisque les travaux de Gaulard datent à peine d'un quart de siècle,

1. La découverte de Rôntgen et l'invention de la télégraphie Bans fil ont provoqué» depuis dix ans, de très remarquables recherches sur la bobine d'induction, organe nécessaire dans la production des rayons x et des osciUations électriques; nous laissons ici de côté cdtte question spéciale que Ton trouvera parfaitement étudiée dans up livre de M. Armagnat,

La théorie des transformateurs est aujourd'hui classique ; par Tapplication simple des lois de Tinductîoa on démontre bien aisément que, si Ton ne tient pas compte des fuites magnétiques, c'est-à-dire si Ton admet que tout le flux magnétique reste dans le ^ fer, et si, d'autre part, on suppose la résistance des circuits assez faible pour que la chute ohmique de potentiel soit négligeable devant la tension aux bornes, la tension efficace aux bornes du secondaire et la tension efficace aux bornes du primaire sont dans un rapport constant. Ce rapport, dit rapport de transformation, est égal au quotient du nombre de spires du secondaire par le nombre des spires du primaire.

La démonstration ne suppose en aucune façon que le courant inducteur soit sinusoïdal; dans le circuit induit se reproduira toujours une tension semblable à la tension primaire de quelque façon que celle-ci dépende du temps.

Outre son rôle particulier à l'égard des facteurs de la puissance, le transformateur peut jouer le rôle d'appareil autorégulateur de tension. Dans les. distributions d'énergie par courants alternatifs, le courant à haute tension, envoyé par l'usine, sera reçu dans une sous-station où il sera transformé en courant à faible tension et pour maintenir cette tension constante, quel que soit le courant débité, il suffira de maintenir constante la tension aux bornes du primaire.

Dans la pratique, l'emploi des transformateurs ne pourra être avantageux que si le rendement des ap-

LE TRANSPORT DE l'ÉNERGIE ÉLECrRlCUE 193

pareils est suffisamment élevé; il importe ^onc, au plus haut point, de se rendre un compte exact de la puissance qu'ils laissent dissiper sous forme de chaleur. Ces pertes se font en deux endroits : il y a des pertes dans le fer et des pertes dans le cuivre.

Le noyau de fer est le siège de phénomènes d'hystérésis et aussi, malgré le feuilletage, il est parcouru par des courants de Foucault; ce sont là deux causes d'échauffement parasite de cette armature.

On conçoit aisément que la perte, ainsi occasionnée, doit se produire aussi bien quand le transformateur travaille à vide, c'est-à-dire lorsque le secondaire, étant ouvert, ne débite rien, ou quand, au contraire, le transformateur est en charge, et que le secondaire fournit du courant. On démontre même que, si la tension est maintenue constante aux bornes du primaire, les pertes dans le fer restent toujours les mêmes quelle que soit la charge. Pour réduire ces pertes il faut réduire autant que possible l'induction maxima à laquelle sera soumise le fer et, par suite, diminuer aussi le flux maximum qui est proportionnel à cette induction. Mais pour un certain courant primaire, le flux est en raison inverse du nombre des spires, et l'on est ainsi conduit à augmenter ce nombre et, par suite aussi, si Ton ne veut pas changer le rapport de transmission, celui des spires enroulées sur le secondaire.

Dans ces conditions, l'énergie perdue dans le fer deviendra plus faible, il ne faudrait pas croire cependant que le profit soit certain. En accroissant la longueur des deux circuits, on accroît leur résistance et, en conséquence, la chaleur dissipée dans

le cuivre par l'effet Joule; Ton ne peut atténuer Tune des causes qui diminuent le rendement sans risquer de rendre l'autre plus néfaste.

Il y a donc un juste milieu à chercher; le calcul ici encore servira de guide et permettra de trouver la solution la plus économique. Facilement on arrive à établir que le. rendement * sera maximum quand les pertes dans le fer égaleront les pertes dans le cuivre et dans ces conditions il peut atteindre 97 p. 100.

Toutefois l'on ne doit pas conclure qu'il convient de toujours employer un transformateur donnant le maximum.de rendement. Les appareils placés chez les abonnés restent toujours branchés sur la distribution, parce que la manipulation d'un interrupteur sur le primaire ne laisserait pas que de présenter de sérieux dangers ; on perd donc dans le fer, alors iQôme que Ton ne demande aucun débit, une partie de la puissance dissipée quand on se sert du courant et il peut y avoir avantage à ne pas permettre que cette partie devienne (à vide) la moitié de ce qu'elle serait en charge. Dans les transformateurs d'abonnés, il conviendra d'établir un rendement maximum pour le régime moyen que l'expérience fera connaître; la perte dans le cuivre sera, par exemple, double de la perte dans le fer.

Dans les débuts, les transformateurs étaient construits un peu au hasard; aujourd'hui, au contraire, l'imprévu n'a plus qu'une faible part et d'avance l'on peut calculer toutes les conditions que doit remplir un appareil destiné à un usage déterminé. D'ailleurs on peut vérifier si le résultat est bien celui qu'on

LE TRANSPORT DE l'ÉNEROIE ÉLECTRIQUE 195

attendait et Ton possède des moyens simples de faire l'épreuve, d'un transformateur. Cette épreuve com- Iportfe deux vérifications aussi importante» Tune que l'autre; il convient de rechercher si le rendement est bon et. d'autre part, si la chute de tension entre la marche à vide et la marche à pleine charge n'est pas trop élevée. Cette dernière condition est fort importante; on tie peut, pour l'éclairage, tolérer que de très légers écarts dans là tension et il faut que Ton puisse être assuré qu'en maintenant constante la tension aux bornes du primaire, on assure bien automatiquement l'invariabilité dans le secondaire. Une méthode très remarquable due à M. Kapp permet des essais très simples et très suffisants pour la pratique.

L'emploi des transformateurs est devenu as^ez sûr pour que l'on puisse abandonner ces appareils à eux-mêmes ; aucune pièce mobile ne demande une surveillance particulière ; le seul danger à. craindre est un échauffement exagéré, les transformateurs ne se ventilant pas naturellement comme le ferait une machine qui tourne. Pour les puissances un peu grandes, il faut parfois avoir recours à des ventilateurs ou à des circulations de liquides. On peut d'ailleurs éviter l'élévation de température, en donnant à l'appareil d'assez grandes dimensions, mais on est arrêté, dans cette voie, par la question du prix de revient et par la diminution du rendement. Les transformateurs, et particulièrement les transformateurs à courants polyphasés, qui demandent naturellement un enroulement particulier pour chaque phase, sont assez dispendieux, et malgré l'ex-

cellence de lenr rendement, les pertes ne sodI pas négligeables.

Aussi, dans plusieurs installations, a-t-on supprimé les transformateurs de départ et Ton obtient directenicnl les courants à haule tension par les alternateurs que nous connaissons déjà. Toutefois, cette suppression ne va pas sans inconvénients ; le transformateur, à la station génératrice, ne servait pas seulement à élever la tensiou, il jouait en même temps le rôle de protecteur pour les machines contre les surtensions et les courts-circuits qui pouvaient se produire dans les lignes, et, dans ce rôle, il faut le remplacer par des dispositifs qui parfois ne fonctionnent pas d*une manière aussi sûre*

S s. — LES TRARSFORIATEURS POLTIORPHIQUES

La transformation qui consiste à changer la tensiou et rinleusité, sans modifier la valeur de la puissance, n'est pas la seule que Ton puisse faire suLir à des courants alternatifs. D'une façon générale, on peut produire des modifications plus profondes qui atteindront la nature même du courant; ainsi, on peut imaginer un appareil qui fournisse des courants polyphasés, différents, par le nombre de phases, par la tension et par la fréquence, des courants dont on disposait tout d'abord.

Imaginons un moteur asynchrone, où l'on imprimera au rotor une vitesse de rotation maintenue constamment à une valeur convenablement choisie ; sur ce rotor, disposons des enroulements polyphasés , en nombre voulu, et, au lieu de fermer sur eux-

LB TRANSPORT DE l'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE 197

mêmes ces circuits, recneillons les courants produits; nous pourrons ainsi obtenir tous les changements que nous désirerons.

On voit combien la notion de transformation, ainsi comprise, s'élargit ; les transformateurs statiques représentent la variété la plus simple, mais bien d'autres cas particuliers peuvent être envisagés. M. Hospitalier a donné une classification complète et systématique de tous ces transformateurs quil appelle transformateurs polymorphiques ; elle comprend un grand nombre de * combinaisons dont plusieurs peuvent présenter un véri-. tabl§ intérêt pratique et se prêter à des réalisations faciles.

11 peut être utile pour diminuer, par, exemple, le nombre de fils de lignes, ou pour permettre d'employer des moteurs plus simples, de changer le nombre de phases ; ainsi, au Niagara» on transforme des courants triphasés en courants diphasés, et réciproquement. L'une des solutions possibles a été indiquée par M. Scott.

Considérons deux enroulements portés sur deux noyaux identiques ; l'une de ces bobines a ses deux extrémités respectivement attachées aux fils qui amènent deux des phases de la distribution triphasée ; l'une des extrémités de Tautre bobine est attachée au fil correspondant à la troisième phase, tandis que la dernière extrémité est reliée au milieu de l'enroulement que porte le premier noyau. Il est facile de démontrer que, dans ces conditions, les flux magnétiques qui vont traverser ces noyaux seront diphasés ; si, par suite, ou installe sur chacun

198 L'ÉLECTftîCITÔ

d'eux un circuit Becondairo, on recueillera des courants diphasés. Ou peut généraliser le procédé, et, avec des enroulements convenablement connectés, modiOer, par nn procédé analogue et toujours simple, le nombre des phases.

11 est biea évident d'allleiirs qu'il sera très facile de changer du môme coup la tension, en employant des spires plus ou moins nombreuses sur les deux circuits.

Mais la transformation qui aura véritablement la plus haute importance dans les applications sera celle qui permettra de convertir le courant alternatif en courant continu. Si Talternatif convient admirablement pour le transport de Tënergle, il laisse encore au continu sa vieille supériorité pour Talimenlation des moteurs qui doivent fonctionner avec des démarrages fréquents et des vitesses variées ; il est impropre à la charge des accumulateurs ; il ne saurait guère être utilisé dans les industries chimiques; il ne peut môme fournir l'excitation des allernateurs qui lui ont donné naissance. Des appareils permettant d'obtenir, à bon compte, du courant continu à la place des courants polyphasés qui sont fournis par une distribution, rendront ainsi, dans un grand nombre de circonslances, de signalés services.

Une première solution, qui se présente naturellement à Tesprit, consisté à caler sur un même arbre un moteur à courants polyphasés et un générateur à courant continu. On actionnera le moteur avec les courçints de la distribution, et on recueil-

LE TRANSPORT DB l'ÉNEBCIB ÉLECTRIQUE 199

lera^aux bornes de la dynamo génératrice, le continu désiré.

Quelques précautions sont à prendre : les deut machines posséderont la même puissance ; le moteur devra être aussi régulier que possible, parce que ses variations entraîneraient des variations plus con sidérables encore dans le courant débité par la dynamo. Les. groupes ainsi constitués fonctionnent bien, mais la solution n'est pas très bonne au point de vue économique : les deux machines seront d'une acquisition coûteuse et le rendement n'aura qu'une valeur peu élevée.

On obtiendra de meilleurs résultats en produisant le courant continu dans l'induit même qui recevra le courant alternatif; un appareil, ainsi constitué, s'appelle une commutatrice.

Avec des modifications légères, une machine Qramme devient aisément une bonne commutatrice. Si l'on partage l'induit d'u'tie dynamo ordinaire en un certain nombre de tronçons aboutissant à autant de bagues montées sur Taxe et sur lesquelles appuient des frotteurs, on recueillera à ces frotteurs des courants polyphasés ; le nombre des phases égalera le nombre des tronçons. D'autre part, il reste toujours possible de réunir les balais du collecteur aux extrémités d'un circuit extérieur où l'anneau Gramme enverra un courant continu. Il est bien évident que si la machine fournit ainsi â la fois de l'alternatif et l du continu dans deux circuits, l'induit sera en réalité parcouru par un courant variable et Ton doit s'attendre à ce que la tension aux bornes du collecteur ne soit pas fixe. Aussi fait-on assez rarement

débiter, à la fois, les deux courants ; ces dynamosomnibus rendent quelques services dans les petites installations où, suivant les cas, on utilise Tune ou l'autre manière dont elles peuvent fonctionner.

Mais leur véritable utilité est de permettre un passage facile de l'alternatif simple ou polyphasé au continu ; si Ton fournit aux frotteurs des courants polyphasés, la machine tourne et l'on recueillera aux balais des courants continus, et, réciproquement d'ailleurs, si l'on envoyait un courant continu dans . les balais, on obtiendrait, dans des fils reliés aux frotteurs, des courants polyphasés.

La théorie complète de ces commutatrices est aujourd'hui bien connue ; elle a été présentée d'une manière simple et générale par M. Potier.

Dans le cas le plus intéressant pour la pratique, celui de la transformation de l'alternatif* en continu, lacommutatrice est un véritable moteur synchrone et présente, par suite, les avantages et les inconvénients de ce genre de moteurs. Elle conserve une vitesse constante sur un réseau où la fréquence reste bien invariable, elle élève le facteur de puissance de ce réseau, mais, en revanche, il faut, pour la faire démarrer, user d'un artifice, et, lorsque le courant continu, débité du côté collecteur, devient trop grand,

1. La plupart des commutatrices ne sont pas construites pour des courants alternatifs monophasés, mais pour les courants di ou triphasés beaucoup plus répandus. Dans le cas des courants triphasés, on a intérêt à doubler le nombre des phaseé dans rinduit ce qui peut se faire aisément par un simple artifice de connexion. La commutatrice à circuit hexaphasé aura, pour une môme dépense de matériaux, une puissance qui surpassera d'un quart au moins celle d'un appareil à induit triphasé.

LE TRANSPORT DE l'ÉNEHCIE ÉLECTRIQUE 201

elle peut se décrocher et cesser ainsi de fonctionner. D'autre part, le courant continu fourni aux balais, étant produit par un induit qui est le siège d'un courant d'intensité variable, sera lui-même légèrement ondulé et ces ondulations ne laissent pas que d'être parfois assez incommodes. Le rendement des grandes machines atteint facilement 93 pour 100, c'est Id une qualité précieuse qui ne suffit pas, cependant, à compenser tous les défauts, et, dans certaines installations où la régularité du courant s'impose, on ne saurait faire usage de ces commutatrices.

On peut alors s'adresser à d'ajatres appareils et, particulièrement, aux très ingénieux transformateurs redresseurs imaginés par M. Leblanc. Ces transformateurs permettraient, comme le transformateur de Scott, et par une généralisation du procédé, de passer d'un système possédant un nombre de phases donné à un autre système correspondant à un nombre différent de phases, au moyen d'organes tous immobiles; mais ils donnent particulièrement une solution pratique et élégante de la transformation de l'alternatif en continu ou, s'il en était besoin, de la transformation inverse.

Le convertisseur est un appareil à champ tournant dont il est facile de comprendre le principe ; alimentons le stator d'un alternateur asynchrone par des courants triphasés et disposons, à la place du rotor, un induit fixe bobiné comme un anneau Gramme avec son collecteur. Le flux tournant du stator produit exactement les mêmes effets d'inîiuction que ceux auxquels donnerait naissance un inducteur tournant; dans l'induit on recueillera Un courant

202 L'ÉLBCTniClTé

continu si Ton fait tourner les balais avec la môme vitesse que le champ. Ce mouvement de rotation peut être obtenu à Taide d'un petit moteur synchrone alimenté par le courant même qui cxcilc Tinducteur, la position des balais, réglée au début, restera constamment réglée et il ne pourra pas se produire de décrochage ; l'appareil aura néanmoins le défaut grave de comporter des balais tournants, mais on peut éviter la difficulté, en entraînant le collecteur convenablement disposé, au lieu d'entraîner les balais eux-mêmes.

Le dispositif de MM. Ilulin et Leblanc est encore plus simple, il rappelle un transformateur statique ordinaire à courants polyphasés, mais le circuit secondaire doit être constitué par un enroulement spécial que Ton ne saurait expliquer simplement.

Récemment on a vu entrer dans le domaine industriel d'autres appareils qui, comme la commutatrice Arnold, transforment directement les courants polyphasés à haute tension en courant continu à faible tension; celle machine se compose essentiellement d'un moteur asynchrone et d'une dynamo à courant continu, associés de telle façon que renroulcmcnt du retordu synchrone se continue parTenroulement de l'induit de la dynamo; les bobinages du rotor et du stalor sont calculés de façon à produire rabaissement de tension désiré. Dans la permutatrice Uougé-Fayct, on trouve d'abord un transformateur de tension avec un secondaire hexaphasé qui produit le champ tournant dans le stator.

Quand le courant alternatif ne correspond qu'à

LE TBANSPORT DB l'ÉNERCIE ÉLECTRIQUE 203

une puissance de quelques chevaux, il est souvent beaucoup plus commode d'employer, au lieu de machines transformatrices, des clapets ou soupapes électrolytiques.

Le principe de ces appareils se trouve dans une curieuse expérience faite en 1857 par Buff. Ce physicien avait remarqué que, lorsque Ton fait Télectrolyse^e Teau dans une auge où Tune des électrodes est en aluminium et l'autre en un mêlai tel que le plomb par exemple, le courant passe très facilement du plomb à Taluminium, mais est, au contraire, amoindri dans une proportion considérable, quand on en veut renverser le sens, et que Taluminium joue le rôle d'anode. On obtient des résultats plus nets en prenant pour électrolylo, comme l'a montré M. Pollak, un phosphate alcalin. L'introduction d'un voltamètre, ainsi constitué, sur un circuit parcouru par un courant alternatif fera le même effet que la mise) en place d'une soupape dans une conduite d'eau; seuls pourront passer les courants qui se présenteront dans le sens convenable.

Le phénomène n'a d'ailleurs rien de mystérieux; il tient à la production dans l'élcctrolyse, lorsque l'aluminium est anode, d'une substance mauvaise conductrice, comme le phosphate d'aluminium, qui s'oppose au passage de l'électricité ; tandis que si le courant arrive par l'autre métal, il ne se forme que des corps conducteurs.

Ce^ soupapes donnent naturellement des courante très ondulés, mais les ondulations s'atténuent si on recueille dans un même conducteur les composantes do courants polyphasés ; des clapets fondés

204 L*éLECTniciTé

sur ce principe, comme par exemple le dispositif imaginé par M. Nodon, commencent à se répandre dans l'industrie oîi ils rendent de bons services.

Nous verrons enfin que les lampes à vapeur de mercure du système Cooper-Hewitt peuvent être utilisées comme de véritables soupapes qui fonctionnent jusqu'à des tensions de 1.000 volts et dont le rendement est très élevé: 98 pour 100 environ; c'est un résultat des plus intéressants qui, dans l'avenir, aura sans doute des applications nombreuses.

i 4. - LE TRANSPORT ET LA DISTRIBUTieN DE L'ÉNCRfilE

Avec ces appareils si variés, répondant à tous les besoins, les transports d'énergie électrique peuvent aujourd'hui se faire dans les conditions économiques u'indique la théorie.

En 1891, les mémorables expériences effectuées entre Lauffen et Francfort vinrent révéler la possibilité de transmettre l'énergie électrique à grande distance au moyen des courants alternatifs de haute tension et le grand succès de cet essai sensationnel engagea les électriciens dans une voie différente de celle que, neuf ans plus tôt, Marcel Desprez leur avait ouverte.

Une puissance de 300 chevaux, produite à Lauffen an moyen d'un alternateur triphasé, était transportée à 175 kilomètres par des courants dont la tension fut, sans accident, portée à 30.000 volts et le rendement atteignait 74 pour 100. Mais on peut dire qu'au moment où cette transmission • réussissait

LE TRANSPORT DE l'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE 205

brillammetit, le temps n'était cependant pas encore Tenu où Ton pouvait, dans Tindustrie, utiliser, d'une manière courante, des tensions si élevées et faire des transports à si grandes distances. En réalité la puissance transportée n'était pas assez considérable pour que l'opération fût bien rémunératrice et l'on ne possédait pas encore les appareils et les moyens d'isolement qui permettent aujourd'hui l'emploi des hauts potentiels.

Aussi, dans les années qui suivirent, les applications se restreignirent à de plus modestes proportions. En France, particulièrement, un certain préjugé subsistait contre le courant alternatif auquel, volontiers, on attribuait encore des défauts dont cependant il avait été corrigé déjà, il passait d'ailleurs, pour être d'un emploi très dangereux et cette réputation était, on doit le reconnaître, fort justifiée à une époque où l'on ne savait pas encore prendre toutes les précautions nécessaires.

C'est de l'Amérique, vers 1897, que partit enfin ce mouvement d'opinion qui devait rapidement entraîner toutes les nations civilisées ; depuis lors, le nombre des transmissions à grande dislance augmente chaque jour et le système à courants triphasés paraît actuellement le plus répandu. Les tensions utilisées se sont élevées dans de fortes proportions ; en 1900, on voyait à l'Exposition un câble construit spécialement pour la circonstance, mais qui ne semblait guère qu'une curiosité, ce câble pouvait supporter 30.000 volts ; aujourd'hui on en peut faire qui résisteraient à une tension de 100.000 volts. D'une manière régulière, on utilise

20G l'élbctricitô

on Amérique des tensions de 60,000 volts qui fonctionnent sans aucun inconvénient; la transmission de Colgale et Electra à San Francisco par une ligne de 353 kilomètres se fait actuellement sous ce voltage; en France, le réseau de Ténergie électrique du littoral méditerranéen comporte une tension qui atteint environ 30.000 volts.

La progression continuera sans doute et Ton peut prévoir que les lignes à courant alternatif se développeront encore considérablement, mais il n'est pas certain cependant que, dans la lutte qu'il soutient contre le continu, l'alternatif devra finalement triompher.

Sans l'accuser de parti pris, comme on le fit trop souvent dans les débuts, on doit cependant reconnaître qu'il conserve des inconvénients qui lui sont particuliers : on doit toujours craindre avec lui une rupture brusque qui pourrait provoquer l'apparition d'une force électromotrice considérable due à laselfinduclion ; il faut s'attendre aussi à voir une harmonique prendre une importance exagérée par suite d'un phénomène de résonnance inattendue. Ep réalité si les alternateurs ne donnent pas une force électromotrice sinusoïdale, la tension maxima peut être double de la tension efficace. Pour toutes ces raisons, malgré l'invention de divers appareils limiteurs de tension, il convient de toujours calculer les isolements pour des tensions beaucoup plus élevées que la tension moyenne.

Aussi les partisans du continu n'ont-ils pas désarmé et l'idée de M. Fontaine et de M. Marcel Desprez n'a pas été abandonnée. Nous avons déjà dit que

LE TRANSPORT DE L'CAERCfE ÉLECTRIQUE 207

M. Thuryèlait parvenu à construire des dynamos continues à très haut voltage et, par de très beaux exemples, cet habile ingénieur a montré que le système série â intensité constante, par courants continus à haute tension, pouvait, lui aussi, se prôier à des transports économiques effectués sur de longues distances.

Dans ce système, le même courant parcourt constamment tous les appareils embrochés sur le circuit, toutes les génératrices d'une part, toutes les réceptrices de l'autre, sont placées en série dans le circuit; on maintient rinteiisilé constante, quelle que soit la puissance demandée, et, à la station génératrice, c'est la tension que Ton pourra, suivant les besoins, faire varier. Quand un récepteur n'est pas en circuit on le remplace par un conducteur sans résistance de façon à no pas interrompre le courant ; pour metlre en service le récepteur, on supprime le courtcircuit.

Les procédés de M. Thury ont été employés avec beaucoup de succès entre Saint-Maurice et Lausanne sur une distance de 56 kilomètres ; la puissance est transportée par un courant continu maintenu à une intensité constante de 150 ampères et dont la tension peut varier de à 23.000 volts. Plus récemment on a réalisé, en France, un transport de plus de 40.000 kilowatts sous 57.000 volts continus à une distance de 180 làlomètres entre l'usine de la VoKa près de Moutiers et Lyon pour l'alimentation dos tramways de cette ville. Dès à présent, l'on peut dire que le continu, un instant abandonné, redevient le rival poâsiblc de raltcrudtif et peut-ôlro dans un

208 L'ÉLECTniCITÉ

avenir prochain, les persévérants efforts de ses partisans parviendront-ils à lui rendre la première place.

De récentes expériences de M, Thury ont démontré qn'il était possibledediminuer beaucoup la quantité d'énergie qui se perd en ne se servant que d'un seul fil de ligne et en utilisant le retour par la terre. Les améliorations apportées aux procédés d'isolement permoltent de maintenir les génératrices et les réceptrices elles-mêmes à un potentiel qui peut atteindre au moins 50.000 volts.

On a proposé aussi un système dans lequel on mettrait à la terre le point neutre des usines iau départ et à l'arrivée ; ainsi l'on réduirait de moitié la tension à isoler et deux lignes, Tune à potentiel positif, l'autre à potentiel négatif, pourraient transporter à de très grandes distances une énorme puissance. Dans un projet remarquable et très bien étudié MM. Blondel et Harlé proposent ce système pour amener à Paris la puissance continue de 80.000 chevaux que possède le Rhône entre la frontière suisse et Culoz; à l'heure présente, ce transport, dont on peut discuter l'utilité économique, ne rencontrerait aucune difficulté grave au point de vue électrique.

De quelque façon que l'énergie soit transportée, depuis l'endroit où l'on peut la produire à bon compte jusqu'à la station centrale qui la doit distribuer, il paraîtra, sans doute, toujours plus commode défaire cette distribution à potentiel constant et, si la région desservie est assez considérable, on n'abandonnera pas alors, pour répartir l'énergie, le courant alternatif.

LE TRANSPORT DE l'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE 209

Ainsi dans le transport Saint-Maurice-Lausanne, type du système à courant continu, l'énergie amenée par le continu est ensuite distribuée par du triphasé.

A rheure actuelle les distributions se font par des systèmes très variés ; le triphasé à 50 périodes par seconde est particulièrement souple; il peut être utilisé pour Féclairàge, pour la force, pour la traction, il se prèle bien à la transformation avec des appareils peu coûteux et peu encombrants^ aussi estil très en faveur.

Le triphasé à 25 périodes permet beaucoup plus facilement remploi de commutatrices qui le transforment en continu ; le biphasé conserve des partisans et le monophasé, un instant délaissé, revient à la mode depuis l'invention de nouveaux moteurs ; à côté de ces divers modes d'alternatif, le continu, se développe régulièrement.

Dans le cas du courant continu et dans celui du courant alternatif simple deux fils suffisent pour la distributions et les récepteurs sont branchés en dérivation sur ces fils; mais, comme la chute de tension entre les bornes de la dernière dérivation ne doit pas être trop différente de celle qui existe entre les extrémités de la première, il est nécessaire d'employer certains artifices. Avec le continu, on utilise beaucoup des conducteurs qui relient directement, et sans qu'on prenne sur eux aucune dérivation, les

1. Dans un assez grand nombre Je distributions à courant cuuiinu, on utilise cependant des systèmes à 3 et môme 5 fils qui permettent, en associant en tension deux ou quatre géiiérainc.os électriques, de faire le transport avec l'avantage d'une tension double ou quadruple de celle qui sera envoyée aux bornes des appareils d* utilisation.

points éloignes & la génératrice et qui viennent ainsi nourrir la distribution appauvrie ; ce sont les câbles nourriciers, lesfeeders; mais* le moyen est encore insuffisant et pour compléter le système, il faut, par exemple, intercaler en série, sur chaque feeder, une machine élevant le voltage du nombre même de volts qui se perdra sur la longueur de ce câble ; une, telle machine s'appelle un sur-volteur.

Pour le courant alternatif, on utilise surtout les distributions comportant des transformateurs statiques ; on branche en dérivation, sur le circuit à haute tension, les primaires d'autant de tiansformateurs qu'il sera nécessaire, et chacun des secondaires sera l'origine d'une distribution à deux fils.

Avec les courants diphasés, qui correspondent, en somme, à deux distributions de courant alternatif simple, de puissance égale, il faudra deux fils d'aller ai deux fils de retour, ou, au moins, trois fils dont l'un, de section double des autres, jservira pour le retour ; avec le triphasé, comme il a déjà été expliqué, il suffît de trois fils égaux. C'est là un avantage sur le diphasé ; mais ce n'est pas le seul, les transformateurs bien symétriques, placés sur la distribution, jouent le rôle de compensateurs maintenant sur les trois fils l'égalité de charge ; cette manière si simple d'assurer la régularité du service est l'une des causes du succès du système à trois phases.

Il peut être nécessaire, avec les courants alternatifs polyphasés, d'élever la tension des feeders trop chargés ou dont la longueur est trop grande ; on a été ainsi amené à construire des sur-voltcurs particu-

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LB TRANSPORT DB l'ÉNERGIB ÉLBCTRIQUB Sil

liers. Les plus simples sont des transformateurs statiques dont le primaire est en dérivation sur le circuit général et le secondaire sur le feeder dont on veut élever la tension. D'autres, plus compliqués, sont de réritables moteurs synchrones où le rotor est immobile ; Tappareil fonctionne comme un transformateur statique, et, si Ton fait tourner légèrement le rotor^ on obtient commodément la régularité voulue du voltage.

Ajoutons enfin que, dans beaucoup de distributions, on se sert également d'appareils que Ton appelle maintenant des boosters ; ce sont des sous* volteurs destinés à abaisser la tension, quand on juge utile do le faire.

I 5. - LA TRACTION CLECTRIOOC

L'une des industries où les progrès de la distribution de l'énergie électrique ont exercé la plus grande influence est, certainement, Tindustrie des transports; dans un chapitre précédent, j'ai déjà parlé des moteurs appliqués à la locomotion ; mais il ne sera pas inutile d'ajouter quelques renseignements sur les tendances actuelles qui se manifestent dans cette importante question de la traction élec- Irique.

Les réseaux de tramways urbains se développent avec une prodigieuse rapidité : plus de 100,000 kilomètres sont actuellement exploités en Amérique, el, si dans les autres pays les progrès sont plus modoslGs, ils restent encore extrêmement remarquablesk Ce n est point ici le lieu de donner des détails

212 l'électbicitA

techniques sur la construction ou l'exploitation des lignes de tramways; aussi bien, chacun sait aujourd'hui, d'une manière générale, comment fonctionne ce procédé de traction.

La solution adoptée est, à peu près, partout la même ; le courant, qui est continu et à 500 ou 600 volts, est amené soit par des flls aériens, soit par des conducteurs en caniveau, soit enfin par des contacts superficiels, des plots, qui ne sont chargés qu'au moment même où passe la voiture ; recueilli par le trolley ou par des frotteurs, le courant retourne par les rails de roulement, qui doivent être réunis par une résistance aussi faible que possible, et qui, souvent, sont même soudés entre eux. Les moteurs sont des moteurs série qui ont l'avantage de fournir un couple proportionné à l'effort, d'être auto-régulateurs,de présenter un encombrement et un poids assez limité, de posséder uii bon rendement En général, chaque voiture porte des équipements comportant deux moteurs de 30 chevaux environ. Comme les induits tournent beaucoup trop vite, ils ne sont pas calés directement sur Tessieu, mais ils agissent par Tinlermédiaire d'un train d'engrenages retardateurs.

Pour régler la vitesse, on se sert d'appareils auxquels on donne le nom de contrôleurs, qui permettent, par le maniement commode d'une manette, d'accoupler les deux moteurs en série ou en parallèle, avec ou sans intercalation d'une résistance.

L'électricité, ayant fait ses preuves sur de petites

^ distances, fut admise, non sans quelques résistances

dans les débuts» à pénétrer plus avant dans le domaine

LE TRANSPORT DE l'ëNBRGIB ÉLECTRIQUE 213

d\) la traction, et elle commença à s'installer sur des liâmes de grande longueur. Elle joua d'abord timidement le rôle modeste, mais utile, 4'agent intermé^ diaire ; ainsi dans la locomotive Heilmann, dont on a beaucoup parlé il y a quelques années, les roues sont actionnées par des moteurs électriques qui empruntent leur énergie à la machine à vapeur de la locomotive, et, dans beaucoup d'automobiles, on retrouve aujourd'hui un système analogue, la voiture portant un groupe électrogène, actionné par un moteur à pétrole.

Mais on fut rapidement amené à se demander si, dans des cas où l'emploi de la locomotive à vapeur a de sérieux inconvénients, pour les lignes établies en souterrain par exemple, il ne serait pas possible d'utiliser un courant amené le long de la voie, et Ton adopta naturellement, dans les premières installations, le système qui avait si bien réussi pour les tramways. Toutefois, quand il s'agit de remorquer un train sur une distance un peu plus longue, il faut disposer d'une quantité d'énergie beaucoup plus considérable, et, pour que la solution soit bonne au point de vue économique, on doit nécessairement s'adresser à de hautes tensions.

Ces tensions élevées étant très difficiles à utiliser directement, l'on dut avoir recours au procédé des sous-stations Dans presque toutes les installations, qui datent déjà de quelques années, l'énergie est transmise à ces sous-stations au moyen de courants alternatifs simples ou triphasés à haute tension ; là, des transformateurs abaissent le voltage et des commutatrices fournissent du continu qui est ensuite

214 L'^I.ECTRICITé

envoyé dans un rail* placé parallèlement aux denx rails de la vole et très soigneusement isolé : De larges frotteurs à ressort recueillent le courant très intense que peut amener ce gros conducteur et qu'un fil d'alimentation ordinaire aurait été incapable de conduire.

Mais les frais d'installation et d'exploitation de ces sous-stations^ qui comportent des machines constamment en rotation, et qui demandent, par là môme, une active surveillance, deviennent très considérables dès que la ligne est un peu étendue et le problème s'est posé naturellement d'arriver à transmettre directement le courant à haute tension aux trains en marche.

Dès 1893, on vit fonctionner à Lugano, puis à Évian, des voitures actionnées par du triphasé ; mais ce n'est qu'à partir de 1902 que le système entra véritablement dans la pratique courante et il est actuellement employé avec succès sur la ligne de la Valteline et au tunnel du Simplôn.

Il semblait, dans le principe, bien hardi de vouloir recueillir aveo des archets frottant sur les fils de ligne la puissance considérable qui est nécessaire pour remorquer tout un train : ce sont les célèbres expériences effectuées sur la ligne militaire de Berlin à Zossen qui ont démontré que la solution n'est pas impossible. Dans ces essais, chaque voiture automotrice recevait un courant à 10.000 volts, transformé sur la voiture elle-même en courant à 3.000 volts qui actionnait directement les moteurs triphasés entraînant les essieux ; on sait que l'on a atteint ainsi la prodigieuse vitesse de 200 kilo-

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